引言

抗生素的过度使用和未代谢残留物对生态环境和人类健康构成了严重威胁。传统的抗生素检测方法如高效液相色谱（HPLC）、毛细管电泳和酶联免疫吸附试验（ELISA）虽然有效，但存在成本高、操作复杂等问题。因此，开发快速、准确、简便且灵敏的抗生素检测方法显得尤为迫切。近日，南京工业大学等机构的研究团队设计了一种基于三相界面的光电化学酶生物传感器，实现了对四环素（TC）的超灵敏检测。该研究不仅为抗生素检测提供了新思路，也为其他污染物的检测带来了新的希望。

正文

1. 背景与挑战

氧气和其他气体分子在多种生物传感器中起着重要作用，如氧化酶、脱氢酶、微生物和气相生物传感器。然而，由于气体分子在水溶液中的扩散和溶解度较低，导致这些传感器的灵敏度和准确性受到显著抑制。为了解决这一问题，研究人员尝试了多种方法，如富氧酶生物传感器、多功能电位代谢物传感器和自供氧电化学生物传感器。尽管这些方法在提高氧气浓度方面取得了一定效果，但在调节生物传感器表面氧气浓度以获得更高信号响应和改进检测限方面仍面临挑战。

2. 创新设计：三相界面生物传感器

为了解决上述问题，研究团队设计了一种具有三相界面的光电化学酶生物传感器。该传感器采用碳纸（CP）作为基底材料，并通过原子层沉积（ALD）技术在其上沉积氧化锌（ZnO）薄膜，形成ZnO/CP复合材料。随后，在ZnO/CP上引入二硫化钨（WS₂）纳米片，形成WS₂/ZnO/CP复合结构。最后，通过静电吸附固定漆酶（Lac），得到Lac/WS₂/ZnO/CP三相界面电极。该电极一侧接触分析溶液，另一侧直接暴露于气相，形成了液-固-气三相界面。

3. 工作机制

当Lac/WS₂/ZnO/CP传感器受到光照时，光生电子从ALD-ZnO转移到WS₂，再进一步传递给Lac，从而催化四环素（TC）的氧化反应。同时，氧气从气相扩散进入ZnO/CP的孔隙，并最终到达Lac的活性位点，参与氧化反应。研究表明，通过调节气相中的氧气浓度，可以显著提高Lac的催化效率，进而增强TC检测的电化学响应。实验结果显示，该传感器对TC的最低检测限为1.81 fM，线性范围为10-200 μM。

4. 性能验证

为了验证传感器的性能，研究人员进行了多项实验。首先，通过改变气相和液相中的氧气浓度，对比了双相反应器和三相反应器的光电流响应。结果显示，三相反应器的光电流响应显著高于双相反应器，表明其对氧气的利用效率更高。其次，研究人员测试了传感器在不同水质条件下的表现，结果表明其对多种湖泊水样均表现出优异的灵敏度和稳定性。此外，回收率实验显示，该传感器对TC的回收率为96.07%-104.48%，证明了其在实际应用中的可靠性和实用性。

5. 应用前景

该研究不仅为抗生素检测提供了一种新型工具，还展示了其在废水处理、食品安全监测等领域的潜在应用价值。未来，研究人员将进一步优化传感器的设计，探索其在更多污染物检测中的应用可能性。

结论

综上所述，该研究成功设计并验证了一种基于三相界面的光电化学酶生物传感器，实现了对四环素的超灵敏检测。该传感器通过优化氧气传输路径，显著提高了检测灵敏度和准确性，具有广阔的应用前景。未来，研究人员将继续深入研究，推动该技术在更多领域的应用，为环境保护和公共健康贡献力量。

参考文献: Rui Li, Yanli Liu, Jie Zhou, et al. Boosting ultrasensitive electroanalytical detection of antibiotics at triphasic interface enzymatic biosensor. Biosensors and Bioelectronics, 2025, 280: 117430.

Fig. 1. 三相界面生物传感器的示意图

Fig. 2. 通过扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射（XRD）和 X 射线光电子能谱（XPS）对三相界面生物传感器的表征

Fig. 3. 三相界面催化系统的光电化学响应及机制示意图

 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117430